杨木纤维尺寸对热压成型杨木纤维/高密度聚乙烯复合材料力学和蠕变性能的影响

采用热压成型法制备了4种不同尺寸, 即125~180 μm、180~425 μm、425~850 μm和850~2 000 μm的杨木纤维(PWF)/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料, 并对PWF/HDPE复合材料进行了弯曲性能测试、冲击性能测试、动态热力学分析(DMA)、24 h蠕变-24 h回复测试和1 000 h长期蠕变测试。结果表明:PWF的尺寸过大或者过小均不利于提高PWF/HDPE复合材料的弯曲性能, 增强效果最好的是425~850 μm PWF/HDPE复合材料, 其弯曲强度达到26.71 MPa, 弹性模量达到2.73 GPa;PWF长度从180 μm增加到2 000 μm, PWF/HDPE复合材料的抗冲击性能变化不大;125~180 μm PWF/HDPE复合材料的抗冲击性能较差;短PWF/HDPE复合材料的抗蠕变性能较差, 不适合在长期负载的条件下工作, 而850~2 000 μm的长PWF/HDPE复合材料的抗长期蠕变性能最好, 且回复率最高, 为78.46%;1 000 h形变仅为0.809 mm, 对比其他尺寸的PWF/HDPE复合材料1 000 h 形变的平均值降低了48.00%。      

木质素磺酸钙/高密度聚乙烯复合材料的力学性能

采用木质素磺酸钙（CL）填充高密度聚乙烯（HDPE）制备CL/HDPE复合材料,利用SEM、DSC、XRD对CL/HDPE复合材料进行表征,并对其强度、蠕变行为及应力松弛等力学性能进行测试。结果表明,CL/HDPE复合材料具有良好的结合界面和热稳定性;CL的加入可以提高CL/HDPE复合材料的弯曲强度,但对其冲击强度会产生不利影响;CL含量的增加有利于提高CL/HDPE复合材料的抗蠕变性能和抗应力松弛能力,而温度的升高会对CL/HDPE复合材料的蠕变行为和应力松弛产生不利影响。      

木质纤维/PVC复合材料的蠕变和热稳定性

为研究不同木质类纤维/PVC复合材料的蠕变和热稳定性能,分别以桉木粉(EU)、杨木粉(PO)、松木粉(PI)和竹粉(BA)四种木质纤维为填料,聚氯乙烯(PVC)为基体,采用挤出成型法制备木塑复合材料。采用包括综合热分析仪在内的诸多方法,分析其官能团变化,表面微观形貌和热稳定性,并测试了复合材料的力学性能和蠕变性能。研究结果表明:桉木/PVC复合材料具有较好的蠕变抗性,较优的力学性能,其拉伸强度为36.94MPa,比杨木/PVC,松木/PVC、竹/PVC复合材料分别提高了49.38%、28.04%和29.61%,冲击强度和弯曲强度也相应提高;松木/PVC复合材料具有较好的热稳定性。     

纳米MgO/高密度聚乙烯复合材料的性能

通过熔融共混法制备了纳米MgO/高密度聚乙烯(nano-MgO/HDPE)复合材料, 并对该复合材料的力学性能进行了测试, 用SEM对nano-MgO在nano-MgO/HDPE复合材料中的分散情况进行了观测, 通过紫外可见光谱研究了复合材料的紫外屏蔽性能, 通过TG研究了复合材料的热稳定性, 通过DSC研究了复合材料的结晶性能。结果表明:虽然nano-MgO的引入使HDPE的热分解温度有所降低, 但nano-MgO的引入提高了HDPE的冲击强度、弯曲强度及紫外屏蔽性能。当nano-MgO含量为2wt%时, nano-MgO/HDPE复合材料的冲击强度比纯HDPE高14%。当nano-MgO含量为4wt%时, nano-MgO/HDPE复合材料的弯曲强度比纯HDPE高18%。nano-MgO在nano-MgO/HDPE复合材料中的分散均匀, 且nano-MgO的引入可以促进HDPE的结晶。      

稻壳/高密度聚乙烯复合材料与稻壳炭/高密度聚乙烯复合材料性能对比

采用挤出法制备稻壳/高密度聚乙烯（HDPE）和稻壳炭/HDPE复合材料。利用SEM、XRD对稻壳/HDPE和稻壳炭/HDPE复合材料进行表征,并对其力学性能和抗蠕变性能进行测试对比。结果表明,稻壳和HDPE之间的结合方式与稻壳炭和HDPE之间的结合方式存在根本性的差异,稻壳/HDPE复合材料表现为稻壳被HDPE所包裹,稻壳炭/HDPE复合材料表现为HDPE嵌入稻壳炭的孔隙中;稻壳和稻壳炭的加入都会影响HDPE基复合材料的结晶峰强度,但不会对其微晶结构产生影响;无论是抗弯强度、拉伸强度还是抗蠕变强度,稻壳炭/HDPE复合材料都远远强于稻壳/HDPE复合材料。     

次磷酸铝对木粉/高密度聚乙烯复合材料阻燃及力学性能的影响

以次磷酸铝(AHP)为阻燃剂对高密度聚乙烯(HDPE)基木塑复合材料进行阻燃改性。采用锥形量热、垂直燃烧、极限氧指数(LOI)系统评价复合材料的阻燃性能。通过拉伸强度、无缺口冲击强度、弯曲强度等测试,探讨了复合材料的力学性能。并通过热失重分析、扫描电镜对AHP阻燃木粉/HDPE(WF/HDPE)复合材料的机理进行分析。结果表明,AHP、木粉(WF)及WF中的结合水构成膨胀阻燃体系,AHP质量分数为30%时,WF/HDPE复合材料达到垂直燃烧V-0级别,LOI值达到25.5%,阻燃性能显著提高。AHP的加入使WF/HDPE复合材料的力学性能有所下降。     

聚乙二醇改性相变微胶囊制备MicroPCMs-WF/HDPE复合材料物理力学性能

以正十二烷醇（DA）为芯材,密胺树脂（MF）和聚乙二醇改性密胺（PMF）树脂为壁材制备了相变微胶囊（MicroPCMs）,并分别添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）复合材料中,获得了具有相变蓄热能力的MicroPCMs-WF/HDPE复合材料。采用SEM、FTIR和纳米压痕等方法对MicroPCMs的表面形态、力学性能进行了分析与表征,同时对MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的物理力学及热性能进行了测试。结果表明:经聚乙二醇改性后,改性微胶囊（PMF-MicroPCMs）的弹性模量和硬度较未改性微胶囊（MF-MicroPCMs）分别增加了13.9%和30.0%;MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的熔融温度区间（22.2~28.7℃）满足人体舒适温度范围,较纯WF/HDPE复合材料温度变化速率明显减缓;相比纯WF/HDPE复合材料,MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的吸湿性、冲击强度和表面硬度增加,弯曲和拉伸性能下降;PMF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的性能均优于MF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料,且达到了木塑装饰板材的力学性能标准要求。      

稻壳/HDPE木塑复合材料蠕变性能的研究

研究了不同温度和不同应力水平条件下,稻壳/HDPE木塑复合材料的短期蠕变性能.研究结果表明,稻壳/HDPE木塑复合材料蠕变性能与温度、应力水平强烈相关,利用时间温度应力等效原理,得到55℃温度条件下的蠕变柔量主曲线.采用十元件力学模型,结果显示十元件模型可以很好地拟合试验得到的蠕变柔量主曲线.     

岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别

针对岩石蠕变的非线性特征,提出了一种非线性黏壶元件,并分别替换Burgers模型中的两个线性黏壶元件,从而建立了一种非定常参数Burgers模型。推导了非定常Burgers模型的一维蠕变方程,分析模型参数λ₁与λ₂取值范围对蠕变方程的影响,从理论上确定了非定常模型能够描述蠕变的3个阶段。在此基础上,将非定常Burgers模型的蠕变方程推广至三维应力状态下,并基于Levenberg-Marquardt算法对向家坝岩石的三轴压缩蠕变试验曲线进行拟合及参数识别。通过对比定常与非定常Burgers模型的拟合曲线与相关系数,可以发现非定常Burgers模型拟合效果更好,且能够准确描述包括加速蠕变在内的岩石三阶段蠕变特性,验证了所构建非线性模型的适用性与合理性。     

短切碳纤维表面处理对木粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

木粉（WF）填充增强高密度聚乙烯（HDPE）复合材料具有良好的环境效益,少量引入短切碳纤维（SCF）可进一步提高其力学性能。为改善SCF与WF/HDPE复合材料中塑料基体的界面结合,提高SCF在WF/HDPE复合材料中的增强作用,采用气相、液相及气液双效氧化3种表面处理方式处理SCF,通过挤出工艺制备短切碳纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料（SCF-WF/HDPE）,探讨了不同处理方法对SCF-WF/HDPE复合材料性能的影响。SEM观察显示,表面处理增大了SCF的表面粗糙度,可提高其与基体的界面结合;动态力学性能分析证实碳纤维提高了存储模量。测试结果表明：表面处理过的短切碳纤维可使SCF-WF/HDPE复合材料的力学性能、热力学性能和蠕变性能均得到显著提高,其中气相表面处理的效果最好。对比WF/HDPE复合材料,SCF-WF/HDPE的拉伸强度提高了34.5%,弯曲强度提高了23%,冲击强度提高了54.7%。     

农林废物生物炭/高密度聚乙烯复合材料的制备与性能

利用稻壳、杨木在600℃下制备稻壳炭、杨木炭,以稻壳、稻壳炭、杨木、杨木炭为填料填充高密度聚乙烯(HDPE)制备复合材料,并对其性能进行测试分析。结果表明,跟稻壳、杨木相比,稻壳炭、杨木炭具有较高的含碳量、较大的比表面积、发达的孔隙结构及较低的极性;稻壳炭/HDPE复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量分别为34.95 MPa、1.76 GPa、26.25 MPa、1.83 GPa,均高于稻壳/HDPE复合材料,杨木炭/HDPE复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量分别为40.14 MPa、2.43 GPa、30.64 MPa、2.17 GPa,均高于杨木/HDPE复合材料;此外,稻壳炭/HDPE复合材料、杨木炭/HDPE复合材料的抗蠕变强度、抗应力松弛能力均高于稻壳/HDPE复合材料、杨木/HDPE复合材料。以上实验结果可为农林废物的高值化利用提供新的思路。      

利用弹性体增韧木粉/HDPE复合材料

为提高木塑复合材料的韧性,在木粉/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料制备过程中引入了3种弹性体:聚烯烃弹性体(POE)、弹性体改性聚乙烯(BPB)和接枝改性的聚烯烃弹性体(A669)。通过对WF/HDPE复合材料冲击强度和抗弯弹性模量的测试,确定出既能有效提高WF/HDPE复合材料韧性又能维持材料刚性的增韧剂种类及其用量,并通过结晶行为、热力学性能及界面结合分析等探讨了其增韧原理。通过对比可知, A669的增韧效果最为明显,质量分数为4%时冲击强度达到15.31 kJ/m2,相对于无添加配方提高了52.34%且抗弯弹性模量只下降6.09%。XRD和DSC分析结果表明:A669的添加阻碍了WF/HDPE复合材料的结晶行为,使其在略低的温度下才可以结晶,且结晶度下降,晶粒尺寸增大,衍射角所对应的衍射面增大,因此吸收和损耗了更多的能量;A669的添加还降低了WF/HDPE复合材料的玻璃态转变温度。DMA和SEM分析结果显示:A669的添加使WF/HDPE复合材料呈现出显著的黏性特征,断裂面的HDPE塑料基质出现拉丝现象,从而达到提高材料韧性的效果。转矩流变测试表明A669的添加使WF/HDPE复合材料的扭矩略有降低,对加工没有不利影响。适当添加A669可以使木塑复合材料同时具备良好的韧性和刚性,对扩大其在建筑模板等领域的应用具有重要意义。      

活性炭/高密度聚乙烯复合材料的力学性能

以稻壳为原料,以H₃PO₄、KOH、ZnCl₂为活化剂在600℃条件下制备三种活性炭,以生物炭、三种活性炭为填料填充高密度聚乙烯(HDPE)制备生物炭/HDPE复合材料和活性炭/HDPE复合材料,并对其力学性能进行测试和分析。结果表明,活性炭比生物炭具有更高的比表面积和发达的孔隙结构,其中经H₃PO₄活化制备的活性炭比表面积最高,为714.27 m2/g;活性炭/HDPE复合材料比生物炭/HDPE复合材料具有更佳的力学性能,相对于其他材料而言,经H₃PO₄活化制备的活性炭/HDPE复合材料具有较佳的弯曲性能、拉伸性能、刚性、弹性、抗蠕变性能及抗应力松弛能力,其弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量分别为38.66 MPa、2.46 GPa、32.17 MPa、1.95 GPa。本研究可为活性炭的材料化利用提供有益的借鉴经验。      

聚丙烯木塑复合材料蠕变行为的模拟与预测

通过三点弯曲蠕变试验,研究了聚丙烯木塑复合材料在23℃左右室内环境五种应力水平下的短期蠕变行为,并采用四元件模型对其蠕变行为进行模拟。依据时间-温度-应力等效原理,以5MPa为参考应力水平,将其它四种应力水平下的蠕变曲线移位成5MPa应力水平下的主曲线,从而可以预测聚丙烯木塑复合材料在5MPa应力水平下大约3年内的蠕变行为。     

三向正交碳纤维增强纳米碳化硅生物复合材料的制备和力学性能

碳纤维增强的纳米碳化硅陶瓷基复合材料力学性能优良,且具有一定的生物相容性,因此可作为一种新型的可取代钛合金的全尺寸整体人工骨骼。研究了具有三向正交结构的T300和M30碳纤维预制体对C/SiC复合材料制备过程和抗弯强度的影响规律。以聚碳硅烷为先驱体,以二乙烯基苯为溶剂和交连剂,采用聚合物浸渍热解法制备了C/SiC复合材料,采用阿基米德排水法测量其密度和气孔率,采用三点抗弯法测量其抗弯强度。M30 C/SiC抗弯强度比T300 C/SiC高6.7％,表明碳纤维弹性模量对复合材料基体开裂强度有显著影响,并通过增加纤维径向强度以及承担载荷的比例提高了复合材料的断裂强度。      

Experimental and theoretical studies on the properties of injection moulded glass fibre reinforced mixed plastics composites

Recycled mixed post-consumer and post-industrial plastic wastes consisting of HDPE, LDPE and PP were injection moulded with short glass fibre (10–30% by weight) to produce a new generation composite materials. Intensive experimental studies were then performed to characterise the tensile, compression and flexural properties of glass fibre reinforced mixed plastics composites. With the addition of 30 wt.% of glass fibre, the strength properties and elastic modulus increased by as much as 141% and 357%, respectively. The best improvement is seen in the flexural properties due to the better orientation of the glass fibres in the longitudinal direction at the outer layers. The randomness and length of the glass fibre were accounted to modify the existing rule of mixture and fibre model analysis to reliably predict the elastic and strength properties of glass fibre reinforced mixed plastics composites.